CC BY
55
TECHNICAL SCIENCES
COMBINED HOLE PROCESSING FOR HYDRAULIC CYLINDERS Berikbaeva M.A.1, Khairullin B.T.2, Mukhamadeyeva R.M.3 (Republic of Kazakhstan) Email: Berikbaeva566@scientifictext.ru
1Berikbaeva Meruert Amirkhanovna - Doctoral Student; 2Khairullin Beibyt Tulegenovich - Candidate of Technical Sciences, Professor, FACULTY OF ENGINEERING AND DIGITAL TECHNOLOGIES, MANASH KOZYBAEVNORTH KAZAKHSTAN UNIVERSITY, PETROPAVLOVSK;
3Mukhamadeyeva Railya Minibulatovna - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, FACULTY OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING, ABAIMYRZAKHMETOVKOKSHETAU UNIVERSITY, KOKSHETAU, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the results of the study are presented in the article; they allow one to improve the process of finishing deep holes in thin-walled sleeves. The research results allow us to recommend combined hole processing, combining cutting and plastic deformation. The main parameters for obtaining high quality of the inner surface of hydraulic cylinders are an indicator of roughness and the magnitude of internal stresses on the surface of the hole. In the study, the oblique thin section method was used. It is proposed to develop a mathematical model of the combined processing process.
Keywords: combined treatment, hardening, roughness of the inner surface of hydraulic cylinders, processing of deep holes.
КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА ОТВЕРСТИЙ ГИДРОЦИЛИНДРОВ
1 2 3
Берикбаева М.А. , Хайруллин Б.Т. , Мухамадеева Р.М. (Республика Казахстан)
1Берикбаева Меруерт Амирхановна - докторант; 2Хайруллин Бейбыт Тулегенович - кандидат технических наук, профессор, факультет инженерии и цифровых технологий, Северо-Казахстанский университет им. Маната Козыбаева, г. Петропавловск;
Мухамадеева Раиля Минибулатовна - кандидат технических наук, доцент, инженерно-экологический факультет, Коктетауский университет им. Абая Мырзахметова, г. Коктетау, Республика Казахстан
Аннотация: в статье представлены результаты исследования по совершенствованию процесса чистовой обработки глубоких отверстий в тонкостенных гильзах. Результаты исследований позволяют рекомендовать комбинированную обработку отверстий, сочетающую резание и пластическое деформирование. Основные параметры для обеспечения качества внутренней поверхности гидроцилиндров - показатель шероховатости и величина внутренних напряжений в поверхностном слое отверстия. Для определения глубины наклепа внутренней поверхности глубокого отверстия гильзы использовался метод косого тлифа. Предлагается разработать математическую модель процесса комбинированной обработки.
Ключевые слова: комбинированная обработка, упрочнение, шероховатость внутренней поверхности гидроцилиндров, обработка глубоких отверстий.
Связь качественных характеристик поверхностного слоя с эксплуатационными свойствами деталей указывает на то, что оптимальная поверхность должна быть достаточно
7
твердой, иметь сжимающие остаточные напряжения, мелкодисперсную структуру, гладкую форму микрошероховатости с большой площадью опорной поверхности [1] .
Главным требованием к внутренней поверхности гидроцилиндра является износостойкость. Износостойкость внутреннего отверстия гидроцилиндра будет зависеть от волнистости и шероховатости, точнее, от высоты гребней неровностей, от фактической площади поверхности контакта, от шага и формы отдельных неровностей, а также от микротвердости поверхностного слоя [13]. При чистовой обработке отверстий гидроцилиндров основной интерес, как теоретический, так и практический, представляет явление упрочнения, сопровождающее холодную пластическую деформацию. В нашем случае оптимальной является поверхность, имеющая остаточные напряжения в диапазоне 200-350 МПа и увеличение микротвердости не менее чем на 15%.
Исследования профессора П.И. Ящерицина [4] показали влияние шероховатости поверхности заготовки на эксплуатационные свойства детали. Максимальная износостойкость присуща образцам, имеющим качественную предварительную обработку, и имеет место так называемая технологическая наследственность, т.е. изменение эксплуатационных свойств деталей под влиянием технологии их изготовления.
Для правильного использования явления технологической наследственности необходимо установить прямые взаимосвязи между эксплуатационными характеристиками деталей и условиями обработки детали в основных операциях ее изготовления. Для этого наиболее целесообразно установить математическую зависимость: «эксплуатационная характеристика - это функция качества поверхности», «качество поверхности - это функция режима обработки» и их совместное решение позволит установить прямую зависимость: «эксплуатационная характеристика - это и есть режим обработки».
Были исследованы пять методов обработки отверстий: вибрационная обработка, ударная прокатка, дорнование (волочение), выглаживание и прокатка. Учитывая конкретные условия обработки, производственную программу и требования к деталям, можно сказать, что приемлемы только операции: прокатка и выглажение.
Сочетание резания и холодного пластического деформирования с использованием особенностей и преимуществ того и другого является одним из направлений совершенствования металлообработки как с точки зрения сокращения цикла обработки, так и повышения производительности труда, а также повышения качества обрабатываемых отверстий.
При решении вопросов обработки давлением опирались на инженерную теорию пластичности Е.П. Уинксова. Из всех современных теорий, объясняющих природу пластической деформации и упрочнения металлов, наиболее широко признанной и надежной является теория дислокаций. В современных дислокационных теориях рассматривается кристалл, который в исходном состоянии содержит большое количество дислокаций, расположенных в виде пространственной сетки. Большой вклад в разработку научных основ обработки деталей поверхностным пластическим деформированием внесли: Барац Я.И., Кудрявцев М.В., Рыжов Э.В., Одинцов Л.Г., Папшев Д.Д., Проскуряков Ю.Г., Розенберг О.А., Розенберг А.М., Султанов Т.А., Торбило В.М., Шнейдер Ю.Г. и др. и зарубежные ученые Gazan G.A., Johnson W., Kleemola H.I. и др.
Хронологическая систематизация исследований показала, что основным направлением в настоящее время является развитие кинетопластики (формообразование методом пластической деформации), а в области комбинирования методов обработки в основном проводятся исследования процессов деформационного вытягивания и редуцирования.
Существуют патенты на комбинированный инструмент, сочетающий в своей конструкции режущую головку и деформирующий шарик. Несмотря на все положительные особенности микрогеометрии поверхностей, обработанных традиционными методами поверхностного пластического деформирования, она не совершенна и не отвечает современным требованиям к созданию высококачественных поверхностей, обеспечивающих необходимые эксплуатационные свойства (табл.1).
Вид обработки Шероховатость, мкм Наклеп, % Износ гильзы
мГ %
Хонингование 0,63 180 440 74
Доводка 0,2 - 0,32 160 530 98
Раскатывание 0,32 210 420 78
Выглаживание 0,32 230 390 72
Сочетание процесса резания и поверхностного пластического деформирования, как было сказано выше, дает такое преимущество комбинированной обработке, что она является одним из перспективных направлений обработки металлов. В настоящее время деформирующие протяжки и сборные конструкции прокатных головок с режущим блоком нашли промышленное применение (Рис. 1).
Классическая комбинированная обработка - это одновременное растачивание и прокатка отверстий устройством, имеющим режущую 1 и прокатывающую 2 головки с расположенным между ними рабочим колесом 3 для предотвращения попадания стружки под прокатные ролики. В этом случае необходима обильная подача теплоносителя и обязательный выход стружки навстречу вектору скорости.
1] \1 \1_ Рис. 1. Схема одновременного растачивания и раскатывания
Здесь, как ожидалось, появляется влияние повышенного контактного давления, в связи с уменьшением натяга и увеличением числа проходов происходит упрочнение поверхностного слоя материала.
Оптимальное значение натяга определяет окончательную чистоту обработанной поверхности и выбирается в зависимости от назначения. В случае упрочняющей обработки, учитывая высоту неровностей предварительной обработки ^т= = 210 = 20 мкм,
максимальное значение натяга ограничивается давлением. С увеличением давления прекращается пластическое течение металла и начинается его разрушение [10].
Было установлено, что одним из наиболее перспективных направлений металлообработки является применение комбинированного инструмента на станках общего назначения, позволяющего осуществлять предварительную обработку резанием и упрочнение поверхностных деформаций на заготовке за один рабочий ход.
Было установлено, что форма уплотнительной ленты комбинированного инструмента должна быть максимально приближена к радиусу. Радиус деформирующего элемента будет определять степень упрочнения и качество поверхностного слоя.
Найдены аппроксимирующие зависимости расчета основного параметра комбинированной обработки-натяга на толщину стенки детали.
На основании теоретического исследования контактного давления было установлено, что в процессе комбинированной обработки все факторы, повышающие контактное давление, способствуют уменьшению шероховатости поверхности.
Установлено, что при комбинированной обработке отверстий скорость обработки существенно не влияет на качество поверхностного слоя, но является лимитирующим фактором в тепловыделении.
При этом следует иметь в виду, что распределение припуска на деформацию для каждого зуба в осевом сечении может быть предметом самостоятельного исследования.
Разработка теоретических основ и создание на их основе нового технологического процесса обработки отверстий с прогнозируемыми свойствами стало возможным благодаря комплексному использованию теоретических и экспериментальных методов исследования. Решение ряда новых задач, поставленных в работе, стало возможным благодаря известным достижениям теорий резания, упругости, пластической деформации и не противоречит их положениям, опирается на строго доказанные выводы фундаментальных и прикладных наук, таких как математический анализ, математическая статистика, теоретическая механика, теория оптимизации и планирование экспериментов.
Список литературы /References
1. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машиностроение, 1976. 367 с.
2. Деформирующе-режущая протяжка / А.М. Розенберг, О.А. Розенберг, Э.К. Посвятенко, М.И. Полищук // Машиностроитель, 1973. 12. С. 31-32.
3. Добровольский Г.Г., Мотовиловец И.А. Расчет температуры в зоне контакта инструмента с изделием при деформирующем протягивании с целью выбора параметров инструмента и режимов обработки // Физические явления при деформирующем протягивании и резании пластичных металлов. Киев: ИСМ АН УССР, 1972. С. 52-56.
4. Джон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. М.: Мир, 1980. 610 с.
5. Жасимов М.М. Управление качеством деталей при поверхностном пластическом деформировании. Изд-во «Наука» Казахской ССР, 1986. 207 с.
6. Круглов Г.Р. Ударный способ образования регулярных микрорельефов на поверхностях деталей машин и приборов. // Сборник ЛДНТП Технологическое обеспечение, контроль и нормирование микрорельефа в машиностроении, 1984. 97 с.
7. Левин А.И. Математическое моделирование в исследованиях и проектировании станков. М.: Машиностроение, 1978. 184 с.
8. Маталин А.А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. Киев,: Техника, 1981. 142 с.
9. Материалы Московского технологического форума // «ИТО», 2008. № 1. № 3. № 4.
10. Мухамадеева Р.М. Повышение качества обработки отверстий комбинированными режуще-деформирующими развертками. Диссертация на соискание ученой степени. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004.
11. Одинцов Л.Г.Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием. М.: Машиностроение, 1985. 57 с.
12. Розенберг А.М, Розенберг О.А. О раздаче трубных заготовок внутренним давлением // Прикладная механика, 1976. № 10. С. 133-137.
13. Розенберг О.А. Механика взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании. Киев: Наук. думка,1981. 288 с.
14. Томсен Э., Янг Ш., Кобаяши Ш.О. Механика пластических деформаций при обработке металлов. М.: Машиностроение,1979. 503 с.
15. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. М.: Машиностроение, 1972. 104 с.
